[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及具有利用铁电薄膜的电容器的半导体器件及其制造方法。尤其是，本发明涉及层叠电容器型存储器件。

随着近来数字技术的发展和移动设备性能的明显提高，市场上对集成度较高的低功耗高速运作的非易失性半导体存储器件的需求不断增长。铁电材料具有通过结构原子的位移来高速地存储外部电场所提供的信息且即使在外部电场切断时也继续存储该信息的特性。把铁电材料用作半导体器件中电容器的介电薄膜，可实现可靠性高的半导体器件。

H6-132482和H9-116123号日本公开专利中揭示了一种高度集成的半导体存储器件，该器件具有层叠电容器型存储器件的结构，它把此铁电材料用作其电容器的介电薄膜。

接着参考附图来描述常规的铁电非易失性半导体存储器件及其制造方法。

如图5所示，铁电非易失性半导体存储器件包括半导体衬底1、在半导体衬底1上形成的存取晶体管2、存取晶体管2的源区3、第一层间绝缘薄膜4、第二层间绝缘薄膜5、通过设在第一层间绝缘薄膜4和第二层间绝缘薄膜5上的接触孔电气连接到源区3的位线6以及通过插头8电气连接到存取晶体管2的漏区7的铁电电容器9。在铁电电容器9的底部电极10上形成铁电薄膜11，在底部电极10和铁电薄膜11一侧设有由绝缘薄膜制成的侧壁12。在铁电薄膜11和侧壁12上形成正好覆盖它们的顶部电极13。

然而，在已有技术中，通过对铁电电容器9的底部电极10和铁电薄膜11进行蚀刻，然后利用CVD(化学气相淀积)方法在整个表面上淀积绝缘薄膜(它将成为侧壁12)来形成侧壁12。然后，对此绝缘薄膜的整个表面进行各向异性蚀刻，以在底部电极10和铁电薄膜11的侧面形成侧壁12。

然而，由以上方法，各向异性蚀刻将损坏由金属氧化物材料制成的铁电薄膜11的整个表面，从而明显地引起组成无规律或晶体结构的无序。

另一点在于，如果把SrBi₂Ta₂O₉薄膜用作铁电薄膜11并把二氧化硅薄膜用作侧壁12(它是绝缘薄膜)，且如果使用诸如CF₄等蚀刻气体对二氧化硅薄膜进行各向异性蚀刻，则在各向异性蚀刻后暴露出SrBi₂Ta₂O₉薄膜(即铁电薄膜11)的表面，但二氧化硅薄膜可能留在铁电薄膜11上。

如果二氧化硅薄膜留在铁电薄膜11上，则铁电电容器结构成为顶部电极13、二氧化硅薄膜、铁电薄膜11和底部电极10，而不是顶部电极13、铁电薄膜11以及底部薄膜10的预计结构。加到顶部电极13和底部电极10之间的电压也分布到与铁电薄膜11串联的留下二氧化硅薄膜上。这样减少了加到铁电薄膜11上的电压，从而由于铁电薄膜11的极性转换不充分而引起其特性的一个缺陷，即剩余电荷减少。

为了防止二氧化硅薄膜留在铁电薄膜11上，考虑到晶片表面内二氧化硅薄膜的蚀刻率的偏差以及晶片表面内二氧化硅薄膜的淀积量的偏差，在对二氧化硅薄膜进行蚀刻时可能需要过蚀刻。

已通过实验确定，由于SrBi₂Ta₂O₉薄膜即铁电薄膜11的整个表面暴露于对准二氧化硅薄膜的蚀刻等离子体，所以过蚀刻可引起缺氧。此外，观察到诸如Bi和Ta等铁电薄膜11的主要组成原子的缺失。

这些损坏不能通过诸如热处理等后处理来恢复，且它们表现出阻止具有良好电学特性的铁电电容器的形成。结果，难于制造可靠性高的铁电非易失性半导体存储器件。

一种具有电容元件的半导体器件，该电容元件包括顶部电极、绝缘薄膜和底部电极，所述半导体器件包括：位于所述绝缘薄膜和所述顶部电极之间的所述绝缘薄膜的钝化薄膜；以及至少在所述绝缘薄膜和所述绝缘薄膜的所述钝化薄膜的侧面形成的侧壁。

一种具有电容元件的半导体器件，该电容元件包括位于顶部电极和底部电极之间的由铁电薄膜制成的绝缘薄膜，所述半导体器件包括：位于所述铁电薄膜和所述顶部电极之间的所述铁电薄膜的钝化薄膜；以及至少在所述铁电薄膜和所述铁电薄膜的所述钝化薄膜的侧面形成的侧壁。

由于铁电薄膜的钝化薄膜覆盖铁电薄膜的表面，所以此结构防止了铁电薄膜的表面在形成侧壁期间暴露于等离子体和受到损坏。相应地，可限制铁电薄膜的电学特性的退化，从而使铁电电容器具有良好的铁电和绝缘特性。

此外，即使作为铁电薄膜的钝化薄膜的第一顶部电极在形成侧壁期间受到损坏，在第一顶部电极上形成的第二顶部电极也会防止电极性能的退化。